Čtyřnohý robot, který nechává klasické rovery daleko za sebou
Z evropské výzkumné laboratoře přichází stroj, který pohybem po skalnatém terénu doslova předčí tradiční kosmické rovery. Jmenuje se ANYmal a jeho výkon je natolik přesvědčivý, že zavedeným čtyřkolovým robotům začíná docházet dech.
Zatímco rover řízený člověkem sotva stihl prozkoumat jeden bod, tento mechanický „pes" klidně obsloužil několik cílů najednou. A to ještě neslo miniaturní vědeckou laboratoř přímo na sobě.
Proč se kosmické rovery pohybují tak pomalu
Marsovské rovery vypadají na fotkách impozantně, jenže v praxi se plazí tempem nesmírně opatrného chodce. Denně obvykle ujedou nanejvýš několik set metrů – a přitom nejde o nedostatek výkonu.
Problémem je komunikační zpoždění mezi Zemí a Rudou planetou. Rádiový signál putuje mezi oběma světy čtyři až dvaadvacet minut v každém směru. Operátoři zašlou příkaz, robot čeká, odpoví, tým analyzuje data a teprve pak plánuje další krok. Celý proces se mění v únavný ping-pong, který průzkum drasticky zpomaluje.
Na Měsíci jsou sice zpoždění kratší, ale tam čekají jiné překážky: terén plný kráterů, strmé hrany, sypký regolit a prudké teplotní výkyvy. Kola roveru mají omezenou schopnost zdolávat kamenné sutiny a snadno uvíznou v měkkém podloží. Právě proto roste zájem o kráčející konstrukce, které si s takovým chaosem poradí lépe.
ANYmal – mechanický pes s vestavěnou geologickou laboratoří
Robot ANYmal vznikl na ETH Zurich jako mobilní čtyřnohá platforma. Měří přibližně metr na délku a jeho silueta skutečně připomíná robotického psa známého z videí na internetu. Klíč ale nespočívá jen v nohách – důležité je, co do něj inženýři přidali pro potřeby výzkumu na Měsíci a Marsu.
K tělu robota je připevněno robotické rameno nesoucí dva miniaturní vědecké přístroje. Tato kombinace mění ANYmal z „pěkně chodící hračky" v plnohodnotného terénního geologa na čtyřech nohách.
ANYmal dokáže sám přistoupit ke skále, přiložit k ní přístroje a během okamžiku zjistit, z čeho se skládá – bez odběru vzorků a bez jejich převozu do jiné laboratoře.
Mikroskop, který vidí minerály zblízka
První přístroj nese označení MICRO a jde o velmi kompaktní mikroskopickou kameru. Umožňuje zkoumat povrch hornin v dostatečném zvětšení, aby bylo možné rozlišit struktury a zrna jednotlivých minerálů. Pro geology je to něco jako lupa a mikroskop v jednom – jen připevněné na hbitém robotovi místo stolu v laboratoři.
ANYmal tak na skálu nekouká jen z dálky, ale může se k ní „přikrčit" a pořídit snímek v měřítku, které skutečně vypovídá o historii daného úseku terénu. Například zda hornina vznikla za přítomnosti vody.
Ramanova spektroskopie – chemie přímo z povrchu horniny
Druhým nástrojem je přenosný Ramanův spektrometr. Zjednodušeně řečeno: přístroj vyšle laser na horninu a následně analyzuje rozptýlený světelný svazek. Podle toho, jak se fotony „odrážejí" od molekul, lze usoudit na chemické složení zkoumaného vzorku.
Tato metoda se skvěle hodí pro:
- rozlišování minerálů s podobným vzhledem,
- vyhledávání sloučenin spojených s přítomností vody,
- pátrání po takzvaných biosignaturách – stopách biologických procesů zaznamenaných v horninách.
Při testech v laboratoři napodobující marsovské podmínky ANYmal rozpoznal mimo jiné sádrovec, různé uhličitany, čedič, dunit a anortosit. Jde o minerály typické pro vulkanické a sedimentární horniny, které jsou důležité jak pro geologii, tak pro hledání prostředí, jež mohlo v minulosti podporovat život.
Autonomní robot versus člověk s joystickem
Tým vedený Gabrielou Ligezou, současnou pracovnicí Evropské kosmické agentury, porovnal ruční ovládání ANYmalu s jeho poloautonomním režimem. Časový rozdíl byl překvapivě výrazný.
| Režim práce robota | Počet zkoumaných cílů | Celková doba mise |
|---|---|---|
| Ovládání vědcem krok za krokem | jednotlivé cíle, jeden po druhém | přibližně 41 minut |
| Poloautonomní režim, více cílů předem | vícebodové mise | od 12 do 23 minut |
V prvním scénáři vedl výzkumník robota ke každé skále zvlášť, konfiguroval měření, čekal na výsledky, analyzoval je a teprve pak zadával další lokaci. Ve druhém případě dostal robot seznam bodů k návštěvě a trasu i úplnou sadu analýz v každém z nich si zvolil sám.
Při tomto přístupu zvládl ANYmal srovnatelný rozsah práce dvakrát až třikrát rychleji než při nepřetržitém dohledu člověka.
Zdrojem úspory nebyla jen vyšší rychlost chůze, ale především absence zbytečných komunikačních prodlev. Kdyby se podobný systém nasadil na Marsu, výrazně by omezil počet příkazů vysílaných ze Země a dovolil by robotovi přijímat řadu drobných rozhodnutí přímo na místě.
Měsíc: rychlá mapa surovin pro budoucí základny
Na Stříbrném globu bude klíčové zmapovat dostupné zdroje. Budoucí výzkumné stanice a případné osady budou potřebovat vodu, kovy a stavební materiály v bezprostřední blízkosti. Dopravovat vše ze Země ekonomicky nedává smysl.
Kráčející robot vybavený přístroji jako MICRO a Ramanův spektrometr by dokázal v krátkém čase provést hustou síť měření uvnitř jediného kráteru – namísto pomalého posunování klasického roveru. Zvláště zajímavé jsou oblasti pólů, kde ve stínových místech pravděpodobně leží ledové depozity staré miliony let.
Nohy dávají ANYmalu výhodu tam, kde kola nemají co pohledávat: na strmých svazích, v polích velkých balvanů a v blízkosti okrajů kráterů. Robot tak získá přístup k horninám, které dosud zůstávaly mimo dosah průzkumné techniky.
Mars: hledání chemických stop po dávném životě
Na Rudé planetě jsou priority poněkud jiné. Největší otázka zní, zda zde v minulosti existovaly mikroorganismy, případně zda někde v okrajových podmínkách přežívají dodnes. Důkazy mohou být zachovány v sedimentárních horninách v podobě specifických minerálů nebo organických sloučenin.
Ramanův spektrometr, jímž ANYmal disponuje, se na odhalování takovýchto chemických vodítek přímo hodí. Jakmile robot narazí na horninu, jejíž složení odpovídá dřívějšímu prostředí bohatému na vodu, může ji okamžitě detailněji prohledat – místo aby slepě pokračoval po předem naplánované trase.
Inženýři po celém světě zároveň navrhují celé roje malých kráčejících robotů. Každý z nich pokryje malý úsek terénu, ale dohromady tvoří síť senzorů rozprostřenou na desítkách čtverečních kilometrů. Zkušenosti s ANYmalem naznačují, že kombinace noh, miniaturní aparatury a softwaru schopného samostatně rozhodovat může v příštích desetiletích výrazně zrychlit tempo vědeckého průzkumu.
Od laboratorních hal k reálným kosmickým misím
Prozatím ANYmal funguje v kontrolovaných podmínkách – v halách a na polygonech napodobujících krajiny Marsu a Měsíce. Než usedne na raketu, bude nutné vyřešit několik náročných problémů. Jde zejména o odolnost vůči vibracím při startu, vakuu, drastickým teplotním výkyvům, kosmickému záření a jemnému prachu pronikajícímu do mechanismů.
Inženýři musí také snížit spotřebu energie. Chůze na nohách je pro robota energeticky náročnější než jízda na kolech, takže každý watt hraje roli. Na druhou stranu – pokud takový stroj díky své terénní obratnosti za krátký čas prozkoumá větší plochu než pomalý rover, celková energetická bilance může vyjít příznivě.
Co kráčející robot v praxi změní
Zavedení kráčejících robotů do měsíčních a marsovských misí může přinést několik hmatatelných výhod:
- rychlejší sběr geologických dat na rozsáhlejším území,
- lepší přístup k obtížně dostupným místům, například ke strmým stěnám kráterů,
- odlehčení pozemním týmům od neustálého dohledu nad každým pohybem roveru,
- větší flexibilitu mise – schopnost reagovat na nečekané nálezy přímo na místě.
Pro budoucí obyvatele Měsíce taková technika znamená rychlejší zmapování okolí základny a promyšlenější plánování infrastruktury. Pro badatele Marsu pak větší šanci, že se v houštině hornin nepřehlédne kámen skrývající jemné stopy dávného života.
V širším kontextu jde o další krok směrem k robotům, kteří nepotřebují vedení za ruku. Místo desítek mikropříkazů stačí inženýrům říct: „tady máš zajímavou oblast, udělej pořádnou analýzu" – a o zbytek se postará inteligentní kráčející robot, který si sám zvolí optimální trasu mezi balvany a sám nastaví parametry měření.
